מחקר חדש של אוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט מצביע על הסתברות של עד 90% לפיצוץ חור שחור קדמוני בעשור הקרוב – אירוע שיוכל לספק הוכחה ישירה לקרינת הוקינג ולחשוף את רשימת כל חלקיקי היקום – הידועים, המשוערים וגם אלו שלא ידענו כלל על קיומם
פיזיקאים סברו במשך זמן רב כי חורים שחורים מתפוצצים בסוף חייהם, וכי פיצוצים כאלה מתרחשים – לכל היותר – פעם אחת בכל מאה אלף שנים. אולם מחקר חדש שפורסם בכתב העת Physical Review Letters על ידי פיזיקאים מאוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט מצא כי יש הסתברות של יותר מ־90% שאחד מהפיצוצים הללו ייראה בתוך העשור הקרוב, ואם נהיה ערוכים, צי הטלסקופים הקיים שלנו – בחלל ועל פני כדור הארץ – יוכל לחזות באירוע.
פיצוץ כזה יהיה הוכחה חזקה לקיומו של סוג חור שחור תיאורטי שמעולם לא נצפה – "חור שחור קדמוני" – שיכול היה להיווצר פחות משנייה לאחר המפץ הגדול שהתרחש לפני 13.8 מיליארד שנה. יתרה מכך, הפיצוץ יספק לנו קטלוג סופי של כל החלקיקים התת־אטומיים הקיימים: הן אלה שצפינו בהם, כמו אלקטרונים, קווארקים ובוזוני היגס, הן אלה שהנחנו את קיומם בלבד, כמו חלקיקי חומר אפל, וכן כל מה שעד כה אינו ידוע כלל למדע. קטלוג זה עשוי להשיב סוף־סוף על אחת השאלות העתיקות של האנושות: מאין הגיע כל מה שקיים?
אנחנו יודעים שחורים שחורים קיימים, ואנו מבינים היטב את מחזור חייהם: כוכב גדול וישן אוזל מדלקו, קורס בסופרנובה עוצמתית במיוחד, ומשאיר אחריו אזור במרחב־זמן שבו כוח הכבידה כה חזק עד ששום דבר – אפילו לא אור – אינו יכול להימלט ממנו. חורים שחורים כאלה כבדים מאוד ויציבים למעשה.
החור השחור מהסוג שחזה הוקינג
אולם, כפי שהראה הפיזיקאי סטיבן הוקינג בשנת 1970, ייתכן סוג אחר של חור שחור – חור שחור קדמוני (PBH) – שלא נוצר מקריסת כוכב אלא מתנאי היקום בראשיתו, זמן קצר לאחר המפץ הגדול. חורים שחורים קדמוניים, כמו החורים השחורים המוכרים לנו, הם כה דחוסים עד שכמעט דבר אינו יכול להימלט מהם – וזו הסיבה שהם "שחורים". עם זאת, למרות צפיפותם, PBHs עשויים להיות קלים בהרבה מהחורים השחורים שנצפו עד כה. בנוסף, הוקינג הראה כי לחורים שחורים יש טמפרטורה, ובתיאוריה הם יכולים לפלוט חלקיקים באיטיות באמצעות מה שמכונה כיום "קרינת הוקינג", אם הם מתחממים מספיק.
אנדריאה טאם, שותפה למחקר ופרופסורית לפיזיקה באוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט: "ככל שחור שחור קל יותר, כך הוא אמור להיות חם יותר ולפלוט יותר חלקיקים. כאשר PBHs מתאדים, הם נעשים קלים יותר, ולכן חמים יותר, ופולטים קרינה רבה יותר בתהליך מואץ עד לפיצוץ. זו קרינת הוקינג שטלסקופים שלנו יכולים לזהות."
עדיין, אף אחד מעולם לא צפה ישירות ב־PBH.
חואקים איגואז חואן, חוקר בתר־דוקטורט בפיזיקה באוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט: "אנחנו יודעים כיצד לצפות בקרינת הוקינג הזו. אפשר לראות אותה עם מערך הטלסקופים הקיים שלנו, ומכיוון שהחורים השחורים היחידים שיכולים להתפוצץ כיום או בעתיד הקרוב הם PBHs, אנחנו יודעים שאם נזהה קרינת הוקינג – אנחנו רואים PBH מתפוצץ."
בעוד שמאז תקופת הוקינג רוב הפיזיקאים סברו כי הסיכוי לראות PBH מתפוצץ זעום ביותר, איגואז חואן מציין: "תפקידנו כפיזיקאים הוא לערער על הנחות מקובלות, לשאול שאלות טובות יותר ולבנות השערות מדויקות יותר."
ההשערה החדשה של הצוות? להתכונן כבר עכשיו לראות את הפיצוץ.
איידן סימונס, שותף למחקר וסטודנט לתואר מתקדם בפיזיקה באוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט: "אנחנו מאמינים שקיימת הסתברות של עד 90% לחזות ב־PBH מתפוצץ בתוך 10 השנים הקרובות."
במסגרת המחקר בחנו החוקרים "מודל משחק של QED אפל". זהו למעשה עותק של הכוח החשמלי המוכר לנו, אך כולל גרסה היפותטית וכבדה מאוד של האלקטרון, אותה מכנה הצוות "אלקטרון אפל".
הצוות בחן מחדש הנחות ותיקות לגבי המטען החשמלי של חורים שחורים. חורים שחורים רגילים חסרי מטען, והניחו שגם PBHs ניטרליים חשמלית.
מייקל בייקר, שותף למחקר ופרופסור לפיזיקה באוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט: "אנחנו מציעים הנחה שונה. אנחנו מראים שאם חור שחור קדמוני נוצר עם מטען חשמלי אפל קטן, אז המודל מנבא שהוא יתייצב זמנית לפני שיתפוצץ בסופו של דבר."
לאחר שקלול כל הנתונים הניסויים הידועים, החוקרים מצאו כי נוכל לחזות בפיצוץ PBH לא פעם בכל 100 אלף שנים כפי שסברו עד כה, אלא פעם בעשור.
בייקר מוסיף: "אנחנו לא טוענים שזה בוודאות יקרה בעשור הזה, אבל ייתכן שיש סיכוי של 90% שכן. מאחר שכבר יש לנו את הטכנולוגיה הדרושה לצפות בפיצוצים האלה, עלינו להיות מוכנים."
איגואז חואן מסכם: "זה יהיה התיעוד הישיר הראשון אי פעם של קרינת הוקינג ושל PBH. נקבל גם רישום סופי של כל חלקיק שמרכיב את היקום כולו. זה יחולל מהפכה בפיזיקה ויסייע לנו לכתוב מחדש את ההיסטוריה של היקום."
עוד בנושא באתר הידען:
